1. Kiểm tra lý thuyết và phân tích
Trong số 3van lốp xemẫu do công ty cung cấp, 2 là van và 1 là van chưa sử dụng. Đối với A và B, van chưa sử dụng được đánh dấu là màu xám. Hình tổng hợp 1. Bề mặt ngoài của van A nông, bề mặt ngoài của van B là bề mặt, bề mặt ngoài của van C là bề mặt và bề mặt ngoài của van C là bề mặt. Van A và B được phủ bằng các sản phẩm ăn mòn. Van A và B bị nứt ở các khúc cua, phần ngoài của khúc cua nằm dọc theo van, miệng vòng van B bị nứt về phía cuối và mũi tên màu trắng giữa các bề mặt nứt trên bề mặt van A được đánh dấu. Từ trên, các vết nứt ở khắp mọi nơi, các vết nứt là lớn nhất và các vết nứt ở khắp mọi nơi.
Một phần củavan lốp xeCác mẫu A, B và C được cắt từ chỗ uốn cong, và hình thái bề mặt được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét ZEISS-SUPRA55, và thành phần diện tích vi mô được phân tích bằng EDS. Hình 2 (a) cho thấy cấu trúc vi mô của bề mặt van B. Có thể thấy rằng có nhiều hạt màu trắng và sáng trên bề mặt (được chỉ ra bởi các mũi tên màu trắng trong hình) và phân tích EDS của các hạt màu trắng có hàm lượng S cao. Kết quả phân tích phổ năng lượng của các hạt màu trắng được thể hiện trong Hình 2 (b).
Hình 2 (c) và (e) là các cấu trúc vi mô bề mặt của van B. Có thể thấy từ Hình 2 (c) rằng bề mặt gần như được bao phủ hoàn toàn bởi các sản phẩm ăn mòn và các thành phần ăn mòn của các sản phẩm ăn mòn bằng phân tích phổ năng lượng chủ yếu bao gồm S, Cl và O, hàm lượng S ở các vị trí riêng lẻ cao hơn và kết quả phân tích phổ năng lượng được thể hiện trong Hình 2 (d). Có thể thấy từ Hình 2 (e) rằng có các vết nứt nhỏ dọc theo vòng van trên bề mặt van A. Hình 2 (f) và (g) là các hình thái vi mô bề mặt của van C, bề mặt cũng được bao phủ hoàn toàn bởi các sản phẩm ăn mòn và các thành phần ăn mòn cũng bao gồm S, Cl và O, tương tự như Hình 2 (e). Nguyên nhân gây nứt có thể là nứt ăn mòn ứng suất (SCC) từ phân tích sản phẩm ăn mòn trên bề mặt van. Hình 2(h) cũng là cấu trúc vi mô bề mặt của van C. Có thể thấy bề mặt tương đối sạch, thành phần hóa học của bề mặt được phân tích bằng EDS tương tự như thành phần hóa học của hợp kim đồng, cho thấy van không bị ăn mòn. Bằng cách so sánh hình thái vi mô và thành phần hóa học của ba bề mặt van, có thể thấy rằng có các chất ăn mòn như S, O và Cl trong môi trường xung quanh.
Vết nứt của van B được mở ra thông qua thử nghiệm uốn, và thấy rằng vết nứt không xuyên qua toàn bộ mặt cắt ngang của van, nứt ở phía uốn cong phía sau và không nứt ở phía đối diện với uốn cong phía sau của van. Kiểm tra trực quan vết nứt cho thấy màu của vết nứt tối, cho thấy vết nứt đã bị ăn mòn và một số phần của vết nứt có màu tối, điều này cho thấy sự ăn mòn nghiêm trọng hơn ở những phần này. Vết nứt của van B được quan sát dưới kính hiển vi điện tử quét, như thể hiện trong Hình 3. Hình 3 (a) cho thấy hình dạng vĩ mô của vết nứt van B. Có thể thấy rằng vết nứt bên ngoài gần van đã được bao phủ bởi các sản phẩm ăn mòn, một lần nữa chỉ ra sự hiện diện của môi trường ăn mòn trong môi trường xung quanh. Theo phân tích phổ năng lượng, các thành phần hóa học của sản phẩm ăn mòn chủ yếu là S, Cl và O, và hàm lượng S và O tương đối cao, như thể hiện trong Hình 3 (b). Quan sát bề mặt vết nứt, thấy rằng mô hình phát triển vết nứt dọc theo loại tinh thể. Một số lượng lớn các vết nứt thứ cấp cũng có thể được nhìn thấy bằng cách quan sát vết nứt ở độ phóng đại cao hơn, như thể hiện trong Hình 3(c). Các vết nứt thứ cấp được đánh dấu bằng các mũi tên màu trắng trong hình. Các sản phẩm ăn mòn và các mẫu phát triển vết nứt trên bề mặt vết nứt một lần nữa cho thấy các đặc điểm của vết nứt ăn mòn ứng suất.
Vết nứt của van A chưa được mở, loại bỏ một phần van (bao gồm cả vị trí nứt), mài và đánh bóng phần trục của van và sử dụng dung dịch Fe Cl3 (5 g) + HCl (50 mL) + C2H5OH (100 mL) đã được khắc và cấu trúc kim loại học và hình thái phát triển vết nứt đã được quan sát bằng kính hiển vi quang học Zeiss Axio Observer A1m. Hình 4 (a) cho thấy cấu trúc kim loại học của van, đó là cấu trúc pha kép α + β và β tương đối mịn và dạng hạt và phân bố trên ma trận pha α. Các mẫu lan truyền vết nứt tại các vết nứt chu vi được thể hiện trong Hình 4 (a), (b). Vì bề mặt vết nứt chứa đầy sản phẩm ăn mòn nên khoảng cách giữa hai bề mặt vết nứt rộng và khó phân biệt các mẫu lan truyền vết nứt. hiện tượng phân nhánh. Nhiều vết nứt thứ cấp (được đánh dấu bằng mũi tên màu trắng trong hình) cũng được quan sát thấy trên vết nứt chính này, xem Hình 4(c), và các vết nứt thứ cấp này lan truyền dọc theo vân. Mẫu van được khắc được quan sát bằng SEM và thấy rằng có nhiều vết nứt nhỏ ở các vị trí khác song song với vết nứt chính. Các vết nứt nhỏ này bắt nguồn từ bề mặt và mở rộng vào bên trong van. Các vết nứt đã phân nhánh và kéo dài dọc theo vân, xem Hình 4(c), (d). Môi trường và trạng thái ứng suất của các vết nứt nhỏ này gần giống với các vết nứt chính, do đó có thể suy ra rằng dạng lan truyền của vết nứt chính cũng là dạng liên hạt, điều này cũng được xác nhận bằng quan sát gãy của van B. Hiện tượng phân nhánh của vết nứt một lần nữa cho thấy đặc điểm của vết nứt ăn mòn ứng suất của van.
2. Phân tích và thảo luận
Tóm lại, có thể suy ra rằng hư hỏng của van là do nứt ăn mòn ứng suất do SO2 gây ra. Nứt ăn mòn ứng suất nói chung cần đáp ứng ba điều kiện: (1) vật liệu nhạy cảm với ăn mòn ứng suất; (2) môi trường ăn mòn nhạy cảm với hợp kim đồng; (3) một số điều kiện ứng suất nhất định.
Người ta thường tin rằng kim loại nguyên chất không bị ăn mòn ứng suất và tất cả các hợp kim đều dễ bị ăn mòn ứng suất ở các mức độ khác nhau. Đối với vật liệu đồng thau, người ta thường tin rằng cấu trúc pha kép có khả năng bị ăn mòn ứng suất cao hơn cấu trúc pha đơn. Có báo cáo trong tài liệu rằng khi hàm lượng Zn trong vật liệu đồng thau vượt quá 20%, thì khả năng bị ăn mòn ứng suất cao hơn và hàm lượng Zn càng cao thì khả năng bị ăn mòn ứng suất càng cao. Cấu trúc kim loại học của vòi phun khí trong trường hợp này là hợp kim pha kép α + β và hàm lượng Zn khoảng 35%, vượt xa 20%, do đó, nó có độ nhạy ăn mòn ứng suất cao và đáp ứng các điều kiện vật liệu cần thiết cho quá trình nứt ăn mòn ứng suất.
Đối với vật liệu đồng thau, nếu không thực hiện ủ giảm ứng suất sau khi biến dạng làm việc nguội, ăn mòn ứng suất sẽ xảy ra trong điều kiện ứng suất phù hợp và môi trường ăn mòn. Ứng suất gây ra nứt ăn mòn ứng suất thường là ứng suất kéo cục bộ, có thể là ứng suất tác dụng hoặc ứng suất dư. Sau khi lốp xe tải được bơm căng, ứng suất kéo sẽ được tạo ra dọc theo hướng trục của vòi phun khí do áp suất cao trong lốp, điều này sẽ gây ra các vết nứt chu vi trong vòi phun khí. Ứng suất kéo do áp suất bên trong lốp gây ra có thể được tính toán đơn giản theo σ = p R / 2t (trong đó p là áp suất bên trong lốp, R là đường kính trong của van và t là độ dày thành van). Tuy nhiên, nhìn chung, ứng suất kéo do áp suất bên trong lốp tạo ra không quá lớn và cần xem xét tác động của ứng suất dư. Các vị trí nứt của vòi phun khí đều ở phần uốn cong phía sau và rõ ràng là biến dạng dư tại phần uốn cong phía sau là lớn và có ứng suất kéo dư ở đó. Trên thực tế, trong nhiều thành phần hợp kim đồng thực tế, nứt ăn mòn ứng suất hiếm khi do ứng suất thiết kế gây ra, và hầu hết là do ứng suất dư không nhìn thấy và bị bỏ qua. Trong trường hợp này, tại chỗ uốn cong sau của van, hướng của ứng suất kéo do áp suất bên trong lốp tạo ra phù hợp với hướng của ứng suất dư, và sự chồng chất của hai ứng suất này cung cấp điều kiện ứng suất cho SCC.
3. Kết luận và đề xuất
Phần kết luận:
Sự nứt vỡ củavan lốp xechủ yếu là do nứt ăn mòn ứng suất gây ra bởi SO2.
Gợi ý
(1) Theo dõi nguồn gốc của môi trường ăn mòn trong môi trường xung quanhvan lốp xevà cố gắng tránh tiếp xúc trực tiếp với môi trường ăn mòn xung quanh. Ví dụ, có thể phủ một lớp sơn chống ăn mòn lên bề mặt van.
(2) Ứng suất kéo còn lại của quá trình gia công nguội có thể được loại bỏ bằng các quy trình thích hợp, chẳng hạn như ủ giảm ứng suất sau khi uốn.
Thời gian đăng: 23-09-2022
